超過13%的美國人患有幽門螺桿菌感染，盡管發(fā)病率因年齡，種族和社會經(jīng)濟地位而異。微生物利用其開瓶器狀的尾巴通過粘稠的液體(如胃粘液)向前推進。當它到達胃壁上皮時，它會導致從潰瘍到癌癥的一切。
在《物理評論快報》發(fā)表的一項新研究中，F(xiàn)AMU-FSU工程學院的研究人員創(chuàng)建了這種細菌的3D模型，以更好地了解其運動，希望破解控制生物體運動的密碼并開發(fā)感染的替代療法，例如加強對抗細菌的胃粘液屏障。
世界各地的人們都用抗生素治療潰瘍，因為抗生素可以殺死細菌，但這是一把雙刃劍。如果我們了解這些細菌是如何移動的，我們就可以努力提供其他治療解決方案。
在實驗中，研究小組將細菌模型放置在高粘度聚合物凝膠中，這是所謂的屈服應力流體的一個例子。這些流體在小應力下表現(xiàn)為固體，但像液體一樣流動超過臨界應力點。
然后他們使用磁場來旋轉(zhuǎn)3D模型，模仿微生物的行為。使用粒子跟蹤和成像技術(shù)，研究人員測量了細菌的速度，并可視化了在其周圍流動的流體的分布和密度。
研究人員確定了細菌必須克服的兩個關鍵閾值：旋轉(zhuǎn)游泳模型所需的扭矩和推動模型前進所需的力。
“我們發(fā)現(xiàn)，如果尾部推進力太弱，細菌就會卡在凝膠中，”Mohammadigoushki說。“如果力足夠強，它可以穿透凝膠。這有點像你在實心墻上鉆螺絲。如果你的鉆頭不夠堅固，你沒有用足夠的力推動螺釘，它就不會穿透墻壁，但只要用適當?shù)牧?，它就會突破?/p>
允許幽門螺桿菌移動的游泳運動和力也適用于較大的物體，例如在土壤中挖洞的蚯蚓，各種寄生蟲等。
“如果我們了解細菌如何成功地攻擊我們的身體，我們就可以將這些信息用于我們能想象的任何事情，”機械工程系助理教授KouroshShoele說。
Shoele是多學科研究團隊的一員，是計算科學方面的專家。他解釋了如何從自然中學習可以從機械和生物系統(tǒng)獲得更好的反應。
“在未來，我們可以設計一個微型機器人，可以將藥物輸送到身體的特定位置，對抗白血病和其他疾病，”Shoele說。“或者，我們可以設計出利用游泳運動和力量的微型機器人，比如幽門螺桿菌，它可以在沙子里深入挖掘水或油?？赡苄允菬o窮無盡的。
FSU化學和生物醫(yī)學工程博士生FarshadNazari正在與這兩位研究人員合作，并且是本文的主要作者。
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